Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Nauk o śywności i Rybactwa

Zakład Opakowalnictwa i Biopolimerów

I N S T R U K C J A

Ć

W I C Z E N I E 16

Wskaźniki pH. Barwniki

pH – ujemny logarytm ze stężenia jonów wodorowych

pH = - log [H

+

]

pH jest miarą kwasowości roztworu:

Wartość pH

Roztwór

0<pH<7

Kwaśny

pH = 7

Obojętny

7<pH<14

Zasadowy

Wskaźniki pH (indykatory) – są to substancje, najczęściej organiczne, które posiadają inne

zabarwienie w postaci cząsteczkowej oraz zdysocjowanej, a tym samym zmieniają barwę w

roztworze o określonym odczynie (pH). Stosuje się je w postaci roztworów wodnych lub

alkoholowych, które dodaje się do roztworu badanego lub też w postaci papierków

wskaźnikowych, którymi są wysuszone kawałki bibuły filtracyjnej nasączone uprzednio

roztworem wskaźnika.

Najczęściej stosowane wskaźniki pH:

Barwa w postaci

Wskaźniki

Zakres zmiany pH

kwasowej

zasadowej

Błękit tymolowy

1,2 – 2,8

Czerwona

ś

ółta

ś

ółcień metylowa

2,9 – 4,0

Czerwona

ś

ółta

Błękit bromofenolowy

3,0 – 4,6

ś

ółta

Niebieska

Oranż metylowy

3,1 – 4,4

Czerwona

ś

ółta

Czerwień metylowa

4,2 – 6,3

Czerwona

ś

ółta

Lakmus

5,0 – 8,0

Czerwona

Niebieska

Błękit bromotymolowy

6,0 – 7,6

ś

ółta

Niebieska

Czerwień obojętna

6,8 – 8,0

Czerwona

ś

ółta

Błękit tymolowy

8,0 – 9,6

ś

ółta

Niebieska

Fenoloftaleina

8,1 – 10,0

Bezbarwna

Malinowa

Tymoloftaleina

9,3 – 10,5

Bezbarwna

Niebieska

Nitramina

11,0 – 13,0

Bezbarwna

Pomarańczowa

Roślinne wskaźniki pH

Wiele roślin zawiera naturalne barwniki mające właściwości wskaźników pH. Niektóre
nazywane są nawet roślinami wskaźnikowymi, pozwalającymi na określenie kwasowości
gleby. Np. kwiaty niezapominajki na podłożu kwaśnym mają wyraźnie różowy odcień
w odróżnieniu od niebieskich kwiatów rosnących na podłożu alkalicznym (dotyczy to jednak
tylko tych roślin, które kwitną po raz pierwszy; niezapominajka jest rośliną wieloletnią).

Najpopularniejszym wskażnikiem pH pochodzenia naturalnego jest lakmus. Jest to niebieski
barwnik otrzymywany z porostów Rocecella i Lecanora występujących na wybrzeżu Morza

Ś

ródziemnego i Atlantyku. Nazwa „lakmus” pochodzi od holenderskiego słowa lacmoes (od

moes="papka, pulpa"). Roztwór lakmusu w środowisku zasadowym barwi się na niebiesko,
zaś w obecności kwasów na czerwono. Zakres zmiany barwy przypada na pH ok. 5-8.

Innymi barwnikami mającymi właściwości wskaźników są

barwniki antocyjanowe

(antocyjany) oraz

betalainowe (betalainy)

.

Antocyjany nadają zabarwienie wielu owocom (np. czarna jagoda, aronia), warzywom (np.
czerwona kapusta), kwiatom (np. pelargonia, dalia, róże, fiołki i inne) oraz

nasionom

i liściom roślin

.

Ich stężenie w owocach związane jest ze stopniem ich dojrzałości

i najczęściej rośnie w miarę dojrzewania owocu.

Antocyjany występują szeroko w całym świecie roślin z wyjątkiem glonów i rodzin takich jak
kaktusowate oraz komosowate (np. komosa, burak, szpinak). Rodziny te mają swoją odrębną
grupę barwników zwanych barwnikami betalainowymi (betalainami). Obecność betalain
w roślinie wyklucza obecność w nich antocyjanów.

Struktura i własności chemiczne

Antocyjany to barwniki roślinne o kolorze czerwonym, niebieskim lub fioletowym. Należą
one do szerszej grupy związków zwanej flawonoidami. Mają charakter glikozydów, czyli
w ich skład wchodzą części cukrowe (zwane glikonami) pochodzące najczęściej od glukozy,
a rzadziej od: galaktozy, ksylozy, ramnozy i arabinozy oraz grupy niecukrowe (zwane
aglikonami). Aglikon antocyjanów nosi nazwę antocyjanidyny. Z roślin wyizolowano ponad
500 różnych antocyjanów, wyróżniono wśród nich 15 typów budowy części aglikonowych,
z których 6 spotyka się w naturze najczęściej (Rys. 1).

Rys. 1. Najczęściej występujące modyfikacje pierścienia B antocyjanidyny

antocyjanidyna

R

1

R

2

barwa

Symbol

E

pelargonidyna

H

H

Pomarańczowa,

łososiowa

E163d

cyjanidyna

OH

H

Purpurowo-różowa

E163a

peonidyna

OCH

3

H

Purpurowo-różowa

E163e

delfinidyna

OH

OH

Fioletowa,

niebieska

E163b

petunidyna

OCH

3

OH

Fioletowa

E163f

malwidyna

OCH

3

OCH

3

Fioletowa

E163c

Barwa antocyjanów zależy od pH środowiska, w jakim się one znajdują. W przypadku pH
poniżej 7 (kwaśne) są one czerwone, a w pH obojętnym lub zasadowym (pH > 7) mają barwę
niebieską lub fioletową. Jeśli jednak występują one w kompleksie z jonami glinu lub żelaza
(III), to mimo kwaśnego odczynu środowiska, również mają barwę niebieską. Tak jest np.
w kwiatach chabra bławatka cyjanidyna nadaje barwę niebieską a róży ten sam barwnik
nadaje barwę czerwoną.

Betalainy dzieli się ze względu na ich strukturę na dwie grupy: czerwno-fioletowe betacyjany
i żółte betaksantyny. Jak dotąd, opisano ponad 50 betalain. Podstawowym elementem ich
struktury jest układ chromoforowy trzech sprzężonych wiązań podwójnych- 1,7-
dwuazaheptametinowy. W burakach ćwikłowych głównym betacyjanem jest betanina (Ryc.
2), a główną betaksantyną – wulgaksantyna I i wulgaksantyna II (Ryc. 3). Dwie
wulgaksantyny różnią się jedynie pojedynczą boczną grupą cząsteczki. Sok z buraków jest
purpurowy w środowisku kwaśnym (np. w obecności kwasu octowego w barszczu).
Zabarwienie to utrzymuje się do pH=7. Po dodaniu do takiego roztworu amoniaku następuje
zmiana barwy na niebieskofioletowy, a przy pH=12 na brązowy.

Rys. 2. Betanina Rys. 3. Wulgaksantyna I (po lewej) i II (po prawej)

Własności biologiczne

W świecie roślinnym antocyjany i betalainy pełnią istotną rolę sygnalizacyjną
w oddziaływaniach roślin z innymi organizmami. Polega ona między innymi na przyciąganiu
ptaków, małych ssaków czy owadów, które odgrywają istotną rolę w zapylaniu roślin. Drugą
ważną funkcją tych barwników jest ochrona roślin przed patogenami.
Antocyjany chronią tkanki przed szkodliwymi skutkami promieniowania UV. Pochłaniając
promieniowanie UV obniżają ryzyko uszkodzeń struktury podwójnej helisy DNA, obniżając
tym samym ryzyko powstawania krzyżowych połączeń nici DNA, które uniemożliwiają
prawidłową syntezę białek i podział komórek..

Istnieją poglądy, że antocyjany mają znaczenie prozdrowotne dla organizmu człowieka.

Obniżają one kruchość naczyń włosowatych, polepszają jakość widzenia wzmagając
ukrwienie oka i stymulując produkcję istotnej w procesie widzenia rodopsyny, wykazują
aktywność antywirusową. Wiele z tych poglądów nie jest jednak udowodnionych w

badaniach naukowych. Choć antocyjany są ważnymi przeciwutleniaczami, ich wpływ na
organizm człowieka jest wciąż słabo poznany.

Zastosowanie

Antocyjany to rozpuszczalne w wodzie naturalne barwniki, których barwa zależy od pH

ś

rodowiska i obecności jonów metali. Znalazły one powszechne zastosowanie jako barwniki

w farmacji i przemyśle spożywczym, gdzie oznaczane są jako E 163. Istnieją jednak pewne
ograniczenia w zastosowaniu antocyjanów w produkcji żywności. W niektórych przypadkach
rozpuszczalność w wodzie jest czynnikiem ograniczającym zastosowanie antocyjanów oraz
fakt, iż na barwę antocyjanów mają wpływ: pH środowiska, temperatura, dostęp tlenu,
działanie światła nadfioletowego. Utracie barwy można zapobiegać stosując obniżoną
temperaturę przechowywania, opakowania nieprzepuszczające światła lub pakowanie w
atmosferze pozbawionej tlenu. W praktyce, trudno jest uzyskać czyste barwniki antocyjanowe
i najczęściej do barwienia produktów spożywczych stosuje się surowe ekstrakty. Jako
barwniki antocyjanowe wykorzystuje się głównie ekstrakt ze skórki winogron (E163(i)), oraz
ekstrakt z czarnej porzeczki (E163(iii)).

Wszystkie betalainy są rozpuszczalne w wodzie, co stanowi ograniczenie w ich stosowaniu.
Betalainy są trwałe w zakresie pH od 3,5 do 7,0, obejmującym prawie wszystkie produkty

ż

ywnościowe, przy maksymalnej trwałości w pH 5,5. Betanina jest wrażliwa na światło

i podwyższoną temperaturę, przez co można ją stosować wyłącznie w żywności świeżej,
w produktach pakowanych w modyfikowanej atmosferze lub produktach, które
nie są poddawane obróbce termicznej. Najczęściej stosuje się ją w produktach mrożonych
(lodach, jogurtach). Wysuszony sok buraczany jest bardziej trwały i jest stosowany jako
barwnik sproszkowanych napojów typu instant. Jest także trwały przy wysokich stężeniach
cukru i może być zastosowana do barwienia ciastek, galaretek i nadzień owocowych.

Ekstrakt

z korzenia buraka ćwikłowego jest barwnikiem żywności oznaczonym symbolem E 162.

Część doświadczalna

Odczynniki:

Roztwory o pH od 0.12 do 13.8
2 liście z czerwonej kapusty
burak ćwikłowego

Sprzęt laboratoryjny:
26 probówek
2 statywy
2 x zlewka 250 ml, 2 x zlewka 400 ml
lejek
sączek celulozowy
cylinder miarowy 250 ml
łaźnia wodna

Pokroić 2 liście czerwonej kapusty na paski (1-2 cm szerokości), umieścić w zlewce

na 400 ml, zalać ok. 300 ml gorącej wody i gotować około 10 minut. Liście powinny
być całkowicie zanurzone. Po 10 min. gotowania odlać wywar do nowej zlewki
używając lejka i sączka celulozowego.

Obrać i pokroić buraka w kostkę, umieścić w zlewce na 400 ml i zalać ok. 300 ml

gorącej wody i gotować około 10 minut. Burak powinien być całkowicie zanurzony.
Po 10 min. gotowania odlać wywar do nowej zlewki używając lejka i sączka
celulozowego.

Do 13 probówek nalać po 6 ml wyciągu z czerwonej kapusty, do kolejnych 13 po 6 ml
wyciągu z buraka.

Do 12 probówek z wyciągiem z czerwonej kapusty dolać po 3 ml znajdujących się na

stanowisku roztworów o pH od 0.12 do 13.8 (jedna probówka pozostaje bez dodatku
roztworu jako próba kontrolna). Analogicznie postąpić z probówkami, w których
znajduje się wyciąg z buraka.

Porównać barwy roztworów we wszystkich probówkach i zanotować wnioski w tabeli

poniżej.

pH dodawanego roztworu

Barwa po 30 s

Barwa po 10 min.

Próba kontrolna

(bez dodatku roztworu)

0.12

1.6

5.8

6.2

6.6

7.0

7.4

7.8

8.1

11.0

12.8

13.8

Literatura

1. Praca zbiorowa pod redakcją Włodzimierza Grajka. Przeciwutleniacze w żywności.
Aspekty zdrowotne technologiczne, molekularne i analityczne. Wydawnictwa Naukowo-
Techniczne. Warszawa 2007.
2. Adamiec M. 2008. Antocyjany: występowanie, biosynteza i wpływ na zdrowie człowieka
Serwis Biotechnologiczny Biotechnologia.pl
3.Hendry G.A.F., Houghton J.D. Natural food colorants, 2 nd edition, Blackie Academic
Press, 1996
4.

www.portal.wsiz.rzeszow.pl/plik.aspx?id=7466. Stężenie jonów wodorowych. Wskaźniki

pH. Roztwory buforowe. Ćwiczenie 5
5. www.food-info.net

6. www.uwm.edu.pl/kchem/dosw/kapusta/kapusta.html
7. www.wikipedia.pl
8.

www

.

en.wikipedia.org

9.

www.au.poznan.pl/knd/Download/seminarium6.ppt